DE69836985T2

DE69836985T2 - Verfahren zur herstellung von papier unter verwendung eines neuen retentionssystems aus einer gefällten kieselsäure und einem kationischen polymer

Info

Publication number: DE69836985T2
Application number: DE69836985T
Authority: DE
Inventors: Marie-Odile Lafon; Herbert Hruschka
Original assignee: Rhodia Chimie SAS
Current assignee: Rhodia Chimie SAS
Priority date: 1997-08-01
Filing date: 1998-12-02
Publication date: 2007-06-28
Anticipated expiration: 2018-12-03
Also published as: DE69836985D1; AU1439699A; EP1135555A1; WO2000032873A1; CA2354647A1; NO20012666D0; ATE352670T1; ES2277396T3; FR2766849A1; DK1135555T3; NO331149B1; EP1135555B1; CA2354647C; NO20012666L; FR2766849B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur Herstellung von Papier auf Grundlage von Cellulosefasern in Blattform, bei welchem ein neues Retentionssystem verwendet wird, das eine Suspension aus ausgefälltem Siliziumoxid und ein kationisches Polymer aufweist, um insbesondere die Retention der eingeschlossenen mineralischen Füllstoffe zu verbessern. Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung des Papiers unter Verwendung eines Retentionssystems, welches die Entwässerung (oder das Abtropfen) deutlich verbessert, d.h. die Geschwindigkeit, mit welcher das Wasser aus der Suspension von Faserstoffen abfließt. Genauer gesagt betrifft die Erfindung die Verwendung einer wässrigen Suspension aus ausgefälltem Siliziumoxid und eines kationischen Polymers, das ein kationisches Galactomannan und/oder eine kationische Stärke aufweist.
Darüber hinaus werden die mechanischen Eigenschaften des gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Papiers verbessert, zum Beispiel die Steifigkeit und die Durchreißfestigkeit sowie andere Eigenschaften, wie beispielsweise die Weiße. Zudem kann das Retentionssystem gemäß der Erfindung Vorteile hinsichtlich der Qualität und der Rückführung des beim Verfahren zur Herstellung von Papier entstandenen Siebwassers sowie des während des Herstellungsverfahrens zerrissenen Papiers bieten.
Die Herstellung von Papier weist zahlreiche Probleme auf. Eine der ständigen Bemühungen besteht darin, die Kosten des Papiers durch eine Verringerung der Menge an cellulosehaltigen Faserstoffen in der Zusammensetzung der Papiermasse zu senken. Ein anderes Vorhaben besteht darin, die Konzentration der wässrigen Abfälle aufgrund immer strengerer Umweltauflagen zu verringern.
Die Papierhersteller haben verschiedene Mittel vorgeschlagen, um die Kosten von Papier zu senken und zu versuchen, seine Eigenschaften zu verbessern. Eine der angewendeten Vorgehensweisen besteht in der Zugabe kostengünstigerer mineralischer Füllstoffe beim Verfahren zur Herstellung von Papier, um die Faserstoffe zu ersetzen. Andererseits werden bestimmte mineralische Füllstoffe speziell dazu verwendet, bestimmte Eigenschaften des Papiers zu verbessern. So wird beispielsweise Titanoxid in Form von Anatas und/oder Rutil zur Verbesserung der Opazität von Papier verwendet, insbesondere im Fall von laminiertem Papier.
Leider steht die Zugabe von mineralischen Füllstoffen, welche Partikel im Mikrometerbereich sind, nachteilig im Problem der Retention entgegen: bei der Blattbildung auf dem Sieb der Papiermaschine neigen die mineralischen Partikel dazu, über dieses Sieb zu laufen, wodurch Kreisläufe von Siebwasser entstehen, welches Füllstoffe enthält. Dies bringt Probleme bei der Behandlung der Abfälle, aber auch hinsichtlich der Blattqualität mit sich.
Bis heute wird im Stand der Technik die Verwendung von Retentionsmitteln vorgeschlagen, um das Problem mangelnder Retention zu mindern. Allerdings sind zahlreiche der bis heute vorgeschlagenen Lösungen wirtschaftlich nicht rentabel genug, um ihre Verwendung für die Herstellung jeder An von Papier zu ermöglichen. Tatsächlich sind bestimmte Retentionsmittel oder Retentionssysteme komplexe und kostspielige Produkte, wodurch sie nicht für Produkte durchschnittlicher Qualität verwendbar sind.
In Patent US-A-4961825 wird ein Bindemittel beschrieben, welches für die Verwendung in einem Verfahren zur Herstellung von Papier vorgesehen ist, wobei dieses Bindemittel einerseits ein kationisches oder amphoteres Kohlenhydrat und andererseits ein Sol kolloidalen Siliziumoxids umfasst.
Jetzt hat die Anmelderin ein neues Verfahren zur Herstellung von Papier unter Verwendung eines neuen Retentionssystems, welches die Retention der mineralischen Füllstoffe, der Faserstoffe und anderer Stoffe im Papierblatt beträchtlich erhöht, zur Verfügung gestellt.
Ein anderes Ziel der Erfindung ist es, ein Retentionssystem und ein Verfahren zur Herstellung von Papier vorzusehen, bei welchem die Eigenschaften des erhaltenen Papiers, darunter beispielsweise die Ausbeute an Opazität der mineralischen Füllstoffe, die Durchreißfestigkeit, die Weiße und andere notwendige Eigenschaften verbessert werden, wobei gleichzeitig die Verwendung der mineralischen Füllstoffe optimiert wird. Natürlich ist die Optimierung abhängig von der An des verwendeten Füllstoffs.
Ein anderes Ziel der Erfindung ist es, ein Papier mit einer erhöhten Konzentration an mineralischen Füllstoffen vorzuschlagen, welches Durchreißfestigkeit und andere geeignete charakteristische Merkmale aufweist.
Weitere Ziele und Vorteile der Erfindung werden beim Lesen der nachfolgenden Beschreibung und insbesondere der Versuche, Tabellen und Zeichnungsfiguren, welche verschiedene charakteristische Merkmale der Erfindung darstellen, deutlich.
Die vorliegende Erfindung sieht ein Retentionssystem und das Verfahren zur Herstellung von Papier, bei dem dieses verwendet wird, vor, welches die Retention der mineralischen Füllstoffe deutlich erhöht und andere charakteristische Merkmale des Papiers deutlich verbessert sowie die Optimierung der Wirkung der im Inneren der Papiermasse vorhandenen mineralischen Füllstoffe ermöglicht.
Die Erhöhung der Retention des mineralischen Füllstoffs und der Feinstoffe im Rahmen unseres Verfahrens zur Herstellung von Papier mildert das Problem der Verunreinigung des Siebwassers.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich also auf ein Verfahren zur Herstellung von Papier durch Bildung und Trocknung einer wässrigen Papiermasse, die die cellulosehaltige Masse und mineralische Füllstoffe enthält, wobei zu dem Ganzstoff vor der Blattbildung ein Retentionssystem hinzugegeben wird, das umfasst:

(i) eine Suspension aus ausgefälltem Siliziumoxid,
(ii) und ein kationisches Polymer, das aus einer kationischen Stärke, einem kationischen Galactomannan und/oder deren Gemisch gewählt ist.

Die Menge an Feststoffen in dem Gelierungssystem liegt bei 0,02 bis 50 Gew.-%, vorzugsweise bei 1 bis 30 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Papiermasse oder des Ganzstoffs.
Das Gewichtsverhältnis kationisches Polymer/ausgefälltes Siliziumoxid muss zwischen 1 und 10 liegen, und vorzugsweise liegt dieses Verhältnis zwischen 2 und 6, wobei dieses insbesondere vom Substitutionsgrad des ausgefällten Siliziumoxids und des kationischen Polymers abhängt.
Was die Suspension aus ausgefälltem Siliziumoxids angeht, so wird darunter eine Suspension aus Siliziumoxid verstanden, welche aus dem Filterkuchen besteht, der bei der Ausfällungsreaktion entstanden ist. Anders ausgedrückt wird die Ausfällung des Siliziumoxids durchgeführt, das Reaktionsmittel gefiltert und es wird ein Filterkuchen erhalten, welcher, falls erforderlich, gewaschen wird. Dieser Kuchen wird dann gespalten und bildet so eine Suspension aus ausgefälltem Siliziumoxid.
Im Allgemeinen und vorteilhafterweise wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine wässrige Suspension verwendet aus ausgefälltem Siliziumoxid mit einem Gehalt an Trockenmasse zwischen 10 und 40 Gew.-%, mit einer Viskosität von weniger als 4·10^–2Pa·s für eine Schergeschwindigkeit von 50 s^–1 und die Menge an Siliziumoxid, die in dem Überstand enthalten ist, der nach der Zentrifugation der Suspension bei 7500 Umdrehungen pro Minute für 30 Minuten erhalten wird, stellt mehr als 50 Gew.-% des in der Suspension enthaltenen Siliziumoxids dar. Insbesondere hat diese wässrige Suspension aus ausgefälltem Siliziumoxid einen Gehalt an Trockenmasse, der zwischen 15 und 35 Gew.-% liegt, und des Weiteren eine Viskosität von weniger als 2·10^–2 Pans für eine Schergeschwindigkeit von 50 s^–1. Hierbei wird Bezug genommen auf die Patentanmeldung WO 96/01787 der Anmelderin, welche diese Art von Siliziumoxid betrifft, und deren Inhalt als Bestandteil der vorliegenden Anmeldung angesehen werden muss.
Die ausgefällten Siliziumoxide werden im Allgemeinen bei einem pH-Wert um den neutralen pH-Wert oder bei einem basischen pH-Wert ausgefällt, wobei die Gele bei einem üblicherweise saurem oder sehr saurem pH-Wert erhalten werden.
In dem Fall, dass das kationische Polymer ein kationisches Galactomannan ist, wird dieses vorzugsweise aus den Galactomannanen ausgewählt, welche wenigstens zwei vicinale Hydroxylgruppen, insbesondere kationische Guare, aufweisen. Was die Guare betrifft, wurde festgestellt, dass ihre reaktiven Zentren besonders zugänglich sind, was es ermöglicht, geringe Mengen zur Erzielung einer zufriedenstellenden Wirkung zu verwenden.
Wenn das Retentionssystem mit dem kationischem Guar als einem der Bestandteile verwendet wird, werden die mineralischen Füllstoffe auf einem hohen Grad im Endprodukt zurückgehalten, und das hergestellte Papier weist eine verbesserte Festigkeit im Vergleich zu einem Papier, welches durch ein Verfahren ohne Retentionssystem entstanden ist, auf.
Das Basisguar in dem kationischen Guar ist natürlicher Art. Das natürliche Guar ist ein Extrakt aus dem Sameneiweiß bestimmter Pflanzensamen, zum Beispiel Cyamopsis Tetragonalobus. Das Guar-Makromolekül besteht aus einer linearen Hauptkette, welche ausgehend von Zuckermonomeren β-D-Mannose, die untereinander durch Bindungen (1–4) verbunden sind, und Nebengruppen α-D-Galactose, welche mit den β-D-Mannosen durch Bindungen (1–6) verbunden sind, aufgebaut ist.
Die Zubereitung der kationischen Guare ist an sich bekannt. Beispielsweise werden die kationischen Guare durch eine Reaktion zwischen Hydroxylgruppen des Polygalactomannan und reaktiven Verbindungen quaternären Ammoniums gebildet.
Der Substitutionsgrad der kationischen Gruppen des Guars beträgt im Allgemeinen wenigstens 0,01 und vorzugsweise wenigstens 0,05 und kann bis zu 1,0 gehen. Im Rahmen der Erfindung liegt ein angemessener Bereich zwischen 0,08 und 0,5. Es wird angenommen, dass das Molekulargewicht von Guargummi zwischen 100.000 und 1.000.000 variiert und im Allgemeinen ungefähr 220.000 beträgt.
Als auf dem Markt erhältliche Produkte sollen als nicht beschränkende Beispiele die Produkte der Reihen MEYPRO-FLOC 130, MEYO-BOND 9806, MEYO-BOND 109, JAGUAR C-13-S, JAGUAR C-14-S, JAGUAR C-15, JAGUAR C-17, JAGUAR C-162 der Firma MEYHALL und der Firma RHÔNE-POULENC Inc. und die Produkte GUAR CAT 10 der Firma CESALPINIA genannt werden.
In dem Fall, dass das kationische Polymer eine kationische Stärke ist, wird diese im Allgemeinen aus denjenigen mit einem Substitutionsgrad zwischen ungefähr 0,1 und 0,05, und vorzugsweise zwischen etwa 0,02 und 0,04, und noch bevorzugter von mehr als etwa 0,025 und weniger als etwa 0,04, gewählt. Wie wohlbekannt ist, wird eine Stärke durch Substitution durch eine Ammonium-Gruppe mittels an sich bekannter Techniken kationisch gemacht und kann variable Substitutionsgrade, welche bis zu 0,1 gehen, aufweisen. Zu diesem Zweck kann eine große Vielfalt an Ammoniumverbindungen verwendet werden. Als nicht beschränkendes Beispiel kann kationische Stärke durch die Behandlung von Stärke auf Grundlage von 3-Chlor-2-Hydroxypropyltrimethylammoniumchlorid oder 2,3-Ethoxy-Propyltrimethylammoniumchlorid hergestellt werden, wodurch ermöglicht wird, eine kationische Stärke mit einem Substitutionsgrad von 0,02 bis 0,04 zu erhalten.
Die für die Herstellung der kationischen Stärke verwendete Basisstärke kann aus der Gruppe bestehend aus Kartoffelstärke, Weizenstärke, Maisstärke, Gerstenstärke, Haferstärke, Reisstärke, Tapiokastärke und deren Gemischen gewählt werden.
Gemäß dem jeweiligen Fall und/oder der An der Polymere werden diese in Form wässriger Lösungen formuliert.
Die bei dem Verfahren verwendeten mineralischen Füllstoffe sind verschiedener Natur und werden insbesondere abhängig von der An des hergestellten Papiers und seiner künftigen Verwendung gewählt. Als mineralischer Füllstoff kann jeder gängige mineralische Füllstoff, dessen Oberfläche wenigstens teilweise anionischen Charakter hat, verwendet werden.
Unter den mineralischen Füllstoffen sollen nicht beschränkend Kaolin, Ton, Kreide, Calciumcarbonat, Titanoxid, Siliziumoxid und deren Gemische genannt werden.
Die mineralischen Füllstoffe werden insbesondere in Form einer wässrigen Dispersion in für die An des hergestellten Papiers angemessenen Konzentrationen hinzugefügt.
Zahlreiche auf dem Markt erhältliche Produkte können als mineralische Füllstoffe für die Herstellung von Papier verwendet werden. Als nicht beschränkende Beispiele sollen das Kaolin der Firma ECC, das Calciumcarbonat Omyafill der Firma OMYA und Calopake der Firma RHÔNE-POULENC, das Titandioxid Finntitan der Firma KEMIRA und Rhoditan der Firma RHÔNE-POULENC genannt werden.
Die Möglichkeit, mineralische Füllstoffe zu Papiermassen zuzugeben, ist durch Faktoren wie beispielsweise der Retention der Füllstoffe auf dem Sieb, der Dehydratisierung der Papiermasse auf dem Sieb, der Nass- und Trockenfestigkeit des erhaltenen Papiers beschränkt.
Derzeit können, in Übereinstimmung mit unserer Erfindung, die oben genannten Probleme, welche durch die Zugabe dieser Füllstoffe verursacht werden, durch Verwendung unseres Retentionssystems gemindert oder beseitigt werden, welches ebenfalls die Zugabe höherer Anteile dieser Füllstoffe als normal erlaubt, um die besonderen Eigenschaften in dem hergestellten Papier zu erhalten.
Somit ist es also unter Verwendung des Retentionssystems gemäß der Erfindung möglich geworden, ein Papier herzustellen, welches mehr Füllstoffe enthält, wobei gleichzeitig dessen mechanische Eigenschaften bewahrt bleiben. Hierdurch haben also die mechanischen Eigenschaften des Papiers (u.a. der Elastizitätsmodul, der Zugindex, die Zugbrucharbeit, etc.) gleiche oder gar höhere Werte als die früher bei Papieren erreichten, welche ausgehend von klassischen Papiermassen erhalten wurden, bei denen unter Umständen ein Retentionsmittel aus dem Stand der Technik verwendet wird.
Nach der Trocknung besitzt das Blatt stark verbesserte Festigkeitsmerkmale, wenn das Verfahren gemäß der Erfindung verwendet wird. Ws wurde auch herausgefunden, dass, wenn in der Masse mineralische Füllstoffe wie die vorher genannten oder analoge Füllstoffe verwendet werden, diese mineralischen Füllstoffe wirksam in dem Blatt gehalten werden und zudem auf die Festigkeit des Blattes keine negative Wirkung haben im Gegensatz zu Blättern, welche durch ein Herstellungsverfahren ohne Gelierungssystem gemäß der Erfindung erhalten wurden.
Obwohl der Mechanismus, welcher im Inneren des Ganzstoffs während der Bildung und Trocknung des Papiers in Gegenwart des Retentionssystems stattfindet, nicht vollständig kontrolliert wird, glaubt man, dass das Retentionssystem eine Verbindung mit den Faserstoffen und den Füllstoffen eingeht, um eine komplexe ausflockende Matrix zu bilden.
Bei der Herstellung des Papierblatts wird nämlich notwendigerweise ein Schritt des Abtropfens durchlaufen, bei welchem die Struktur der Kolloide sowie ihre Verteilung sehr stark verändert werden können. Die Veränderungen der Struktur der Aggregate von Füllstoffen während des Abtropfens beeinflussen den Retentionsgrad derselben ebenso wie die Opazität des erhaltenen Papiers. Somit bildet sich in Gegenwart des Retentionssystems gemäß der Erfindung während des Abtropfens eine Flockung im Inneren des cellulosehaltigen Netzes, wel ches die Füllstoffe gebunden hält, um während dieses kritischen Stadiums die Eigenschaften, welche die Partikel in Suspension besitzen, zu erhalten.
Die Bestandteile des Retentionssystems werden im Inneren der Vorrichtung zur Herstellung von Papier als Gemisch oder separat zugegeben. Jedoch werden gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die optimalen Ergebnisse erhalten, wenn das Retentionssystem auf Grundlage von ausgefälltem Siliziumoxid und kationischem Polymer in situ in der Papiermasse gebildet wird.
Vorteilhafterweise kann dies durch Zugabe des kationischen Polymers (Guar und/oder Stärke) in Form einer wässrigen Lösung zu einem ersten Zeitpunkt und durch Zugabe der wässrigen Lösung des ausgefällten Siliziumoxids zur Masse separat in einem Mischgefäß oder an einem Ort in der Vorrichtung, an dem eine angemessene Bewegung vorliegt, erfolgen, so dass die beiden Bestandteile mit den Bestandteilen, welche das Papier bilden, dispergiert werden und so gleichzeitig miteinander und mit den Bestandeilen der Papierbildung agieren.
Es wurde herausgefunden, dass bei einem Verfahren zur Herstellung von Papier unter Verwendung des in der Erfindung beschriebenen Gelierungssystems der pH-Wert des Ganzstoffes nicht übermäßig kritisch ist und im Allgemeinen unter 11, und vorzugsweise zwischen 5 und 9, liegt.
Andere chemische Zusätze für das Papier, wie Schaumverhüter, Leimungsmittel, etc., können im Inneren des Ganzstoffs vermischt sein. Hierbei ist es wichtig, darauf zu achten, dass der Gehalt dieser anderen Mittel nicht die Bildung der Gelmatrix behindert und dass der Gehalt dieses (dieser) Mittels) im zurückgeführten Siebwasser nicht so stark steigt, dass die Bildung der Gelmatrix behindert wird. Somit wird es bevorzugt, das (die) Mittel an einem Punkt in dem System nach der Bildung der Gelmatrix zuzugeben.
Die Verbesserungen aufgrund des Retentionssystems werden mit einer gleichartigen Wirkung bei chemischen Massen wie auch bei mechanischen und thermomechanischen Massen beobachtet.
Ausgehend von den durchgeführten Forschungen und Arbeiten erscheint es, dass die Grundlagen der vorliegenden Erfindung auf die Herstellung jeder An und Qualität von Papier anwendbar sind. Als Beispiele sollen Durchschreibpapier, Packpapier und laminiertes Papier genannt werden.
Unter den Möglichkeiten zur Herstellung von Papierarten ist das Durchschreibpapier eine der Einsatzmöglichkeiten, welche sehr positive Ergebnisse ergeben, d.h. das Phänomen erhöhter Retention der Füllstoffe und verbesserte mechanische Eigenschaften des Papiers. In diesem Fall ist der Großteil der verwendeten Füllstoffe Calciumcarbonat.
Die Größe des zu verwendenden Retentionssystems variiert gemäß der gewünschten Wirkung und den charakteristischen Merkmalen bestimmter Bestandteile, welche bei der Herstellung des Systems ausgewählt werden. Für ein gegebenes Ausfällungs-Siliziumoxid in einem Retentionssystem, wenn dieses kationischen Guargummi mit einem DS von 0,3 anstelle eines DS von 0,7 enthält, werden mehr Retentionssysteme benötigt.
Die nachfolgenden Beispiele zeigen als nicht beschränkende Beispiele Vorteile und Eigenschaften, welche mit dem Papier gemäß der Erfindung und seinem Herstellungsverfahren verbunden sind.
VERSUCHE
Die Leistungen bei der Retention werden im Wesentlichen anhand von zwei Parametern gemessen:

– die Retention: Menge der auf dem Papier zurückgehaltenen Füllstoffe oder, bei vollständiger Retention, die Gesamtmenge der auf dem Papier zurückgehaltenen feinen Partikel.
– die Entwässerung: kennzeichnet die Geschwindigkeit, mit welcher das Wasser aus der Faserstoffsuspension abfließt.

Diese zwei Merkmale können mit Hilfe verschiedener Verfahren gemessen werden:

– "Bol BRITT Jar"-Verfahren: erlaubt die Messung der chemischen Retention (gesamt und Füllstoffe)
– "Shopper-Riegler"-Verfahren: erlaubt die Messung der chemischen Retention und der Entwässerung
– Verfahren mittels "Laborblattbildner": erlaubt die Messung der Retention an Füllstoffen.

So genanntes "Bol BRITT"-Verfahren
Dieses Verfahren besteht darin, die chemische Retention der Füllstoffe unter Vermeidung der Bildung des Faserkuchens, welcher für eine mechanische Retention aufgrund der Filtrationswirkung verantwortlich ist, zu messen. Tatsächlich werden aus einer zu untersuchenden Probe von 500 ml der Dispersion Faserstoffe + Füllstoffe + Retentionssystem + möglicherweise Zusätze, welche unter Bewegung gehalten wird, nur die ersten 100 ml durch ein Sieb abgezogen.
Durch Bestimmung der jeweiligen Mengen an Faserstoffen und Füllstoffen, welche in das Filtrat gelangen, werden durch Berechnung die Werte der Gesamtretention (Faserstoffe + Füllstoffe) und der Retention an Füllstoffen erhalten.
Dieses Verfahren zur Messung der Retention wird von K. Britt und J.E. Unbehend in Research Report 75, 1/10 1981, veröffentlicht von Empire State Paper Research Institute ESPRA, Syracuse, N.Y. 13210, USA, beschrieben.
Für die Messungen wurde ein Filtrationsbehälter verwendet, der mit einem Öffnungsgitter von 600 μm ausgestattet ist.
So genanntes "Shopper-Riegler"-Verfahren
Dieses Verfahren wird gemäß der Norm NFQ 50-003 angewendet.
Die in den Beispielen verwendete Lösung des ausgefällten Siliziumoxids, nachfolgend Siliziumoxid A genannt, weist folgende charakteristischen Merkmale auf:

– Trockenextrakt: 27,08%,
– Oberfläche = 221 m²/g,
– Partikelgröße = 40–70 nm.

Die in den Beispielen verwendete Lösung des kolloidalen Siliziumoxids, nachfolgend Siliziumoxid B genannt, weist folgende charakteristischen Merkmale auf:

– Trockenextrakt: 9,2%,
– Oberfläche = 494 m²/g,
– Partikelgröße = 10 nm.

Beispiel 1
Dieses Beispiel zeigt die mit dem BRITT Jar-Versuch erhaltene chemische Retention auf.
i) Herstellung der Ausgangssuspension und Verdünnung
Die Suspensionen werden durch Aufschließen der Cellulose in 500 ml demineralisiertem Wasser in einem Behälter vom Typ Dispermat während 10 Minuten bei 2000 Umdrehungen pro Minute hergestellt.
Die Füllstoffe werden in den Dispermat zugegeben, und das Rühren wird für 5 Minuten bei 1000 Umdrehungen pro Minute gehalten.
Das erhaltene Gemisch wird dann in einen Mischer mit 10 Litern Fassungsvermögen mit einem Rührschaufelblatt umgefüllt und dann auf die Konzentration von 0,5% an Faserstoffen verdünnt und anschließend während der gesamten Zeit der Handhabung unter Rühren gehalten, damit bei der Entnahme eine perfekte Homogenität gewährleistet ist.
Dann werden 500 ml des Gemisches in Suspension entnommen. Diese 500 ml werden unter Rühren mit einem Schaufelblatt der An Schnecke und mit einem Gitter von 600 μm versehen in den BRITT-Behälter gegeben.
Die Rührgeschwindigkeit wird abhängig von der gewünschten Schergeschwindigkeit festgelegt, und das Rühren erfolgt für 30 Sekunden.
Die Stärke wird zugegeben, gefolgt von Rühren für 30 Sekunden. Danach wird das Siliziumoxid zugeführt (bei den Versuchen, die dieses Produkt umfassen). Dann wird für 30 Sekunden gerührt.
Schließlich werden 100 ml des Gemisches durch Schwerkraft abgezogen.
Hergestellte Formulierungen
ii) Filtration
Die entnommenen 100 ml werden dann auf einem BÜCHNER-Trichter mit WHATMANN-Filtern Nr. 42 (Filter ohne Asche, vorab getrocknet 1 h bei 105°C, dann gewogen auf ± 0,0001 g) gefiltert.
Der Rückstand der Filtration wird dann vorsichtig entfernt, 1 Stunde bei 105°C getrocknet, dann im Trockner gekühlt und gewogen (0,0001). Dadurch wird die Berechnung der Gesamtretentionsrate ermöglicht.
Der so auf dem Filter getrocknete Rückstand wird dann kalziniert (gemäß der Norm für den Aschegehalt Nr. NFQ 03-047), um die Rate der Retention an Füllstoffen des Gemisches zu erhalten.
iii) Berechnung und Ergebnisse
Die Gesamtretention und die Retention an Füllstoffen werden mit Hilfe der folgenden Formeln berechnet:

P1: = Gewicht des Gemisches (Füllstoffe + Faserstoffe) in der Anfangsentnahme.
P2: = Gewicht des Rückstands der Entnahme von gefilterten und getrockneten 100 ml.

P3: = Gewicht der Füllstoffe in der Anfangsentnahme von 500 ml.
P4: = Gewicht des Rückstands der Entnahme von gefilterten, getrockneten und kalzinierten 100 ml.

Ergebnisse
Beispiel 2
Dieses Beispiel zeigt die chemische Retention und die berechnete Entwässerung gemäß dem "Shopper-Riegler" - Verfahren mit den folgenden Modifikationen:

– Messung der Entwässerung = für die Entwässerung von 600 ml der Lösung benötigte Zeit
– Messung der Gesamtretention = Filtration der 600 ml und Wiegen des Rückstands gemäß der gleichen Vorgehensweise wie bei der BRITT Jar-Messung.

i) Verwendete Formulierungen
Die Suspension wird wie in Beispiel 1 hergestellt, mit einem Rührvorgang für 15 Minuten nach der Zugabe der Stärke und dann Zugabe des kationischen Guars. Eine Rührdauer von 15 Sekunden wird vor der möglichen Zugabe des Siliziumoxids A oder B eingehalten.
ii) Ergebnisse
Beispiel 3
Dieses Beispiel zeigt die chemisch e Retention und die Entwässerung gemäß dem "Shopper-Riegler" - Verfahren mit den folgenden Modifikationen:

– Messung der Entwässerung = für die Entwässerung von 400 ml der Lösung benötigte Zeit.
– Messung der Gesamtretention = Messung des Trübungsgrads des 3fach verdünnten Filtrats. Je höher der Trübungsgrad ist, desto schwächer ist die Gesamtretention.

i) Verwendete Formulierung
Die Suspension wird genauso wie in Beispiel 1 hergestellt. Zu einem ersten Zeitpunkt gibt man das Produkt Aqualenc 18 zu. Dann wird gegebenenfalls Siliziumoxid vom Typ A zugegeben, und schließlich wird das Guar unter Rühren mit 1000 Umdrehungen pro Minute zugegeben.
ii) Ergebnisse
Beispiel 4
Dieses Beispiel gibt die Retention an Füllstoffen, welche auf dem Laborblattbildner erhalten werden.
i) Herstellung der Papiermasse
Die Herstellung der Masse erfolgt wie im Beispiel 1.
ii) Herstellung der Laborblätter
Die so aufgeschlossene Masse wird dann in ein in Bewegung versetztes Gefäß mit einem Fassungsvermögen von 10 Litern zugeführt. Dann wird mit filtriertem Wasser verdünnt, bis eine Gesamtmenge von 4 Litern erhalten wird. Anschließend wird die verdünnte Masse für 1 Minute gerührt und es werden ungefähr 500 ml der Suspension entnommen, welche in ein Probeglas gegeben wird.
Zu dieser Suspension die Stärke zugegeben. Nach Rühren für 30 Sekunden wird, abhängig vom jeweiligen Fall, das Siliziumoxid A oder das Siliziumoxid B zugegeben und erneut für 30 Sekunden gerührt.
Der Inhalt des Probeglases wird in den Behälter des Laborblattbildners gegossen. Es wird mittels Durchperlung gemischt, dann wird das Laborblatt im Vakuum hergestellt.
Das Laborblatt wird dann auf einem Träger aus Karton aufgenommen und anschließend in einen Trockner unter Vakuum gegeben. Das Laborblatt wird gewogen und möglicherweise das entnommene Volumen angepasst, um eine Flächenmasse von 60 g/m² zu erhalten.
iii) Ergebnisse Retention an Füllstoff (% bezogen auf den Anfangsgehalt an Füllstoffen)

Claims

Verfahren zur Papierherstellung durch Bildung und Trocknung einer wässrigen Papiermasse, die die Cellulose-haltige Masse und mineralische Füllstoffe enthält, wobei man zu dem Ganzstoff vor der Blattbildung ein Retentionssystem hinzufügt, das umfasst: (i) ein kationisches Polymer, ausgewählt aus einem kationischen Amidon, einem kationischen Galaktomannan und/oder deren Gemisch, (ii) und Siliziumoxid, dadurch gekennzeichnet, dass das Siliziumoxid eine Suspension aus ausgefälltem Siliziumoxid ist, die aus dem Filterkuchen besteht der bei der Fällungsreaktion entstanden ist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wässrige Suspension des ausgefällten Siliziumoxids einen Gehalt an Trockenmasse aufweist, der zwischen 10 und 40 Gew.-% liegt, eine Viskosität von weniger als 410^–2 Pa.s für ein Schergefälle von 50 s^–1 aufweist und eine Menge an Siliziumoxid, das sich im Überstand befindet, der nach der Zentrifugation dieser Suspension bei 7500 Umdrehungen pro Minute für 30 Minuten erhalten wird, die mehr als 50 Gew.-% des in der Suspension enthaltenen Siliziumoxids ausmacht.
Verfahren zur Papierherstellung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das kationische Polymer ein Galaktomannan ist, das mindestens zwei vicinale Hydroxylgruppen enthält.
Verfahren zur Papierherstellung gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Galaktomannan einen Substitutionsgrad von mindestens 0,01 und vorzugsweise von mindestens 0,05 aufweist und bis zu 1,0 gehen kann.
Verfahren zur Papierherstellung gemäß einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das kationische Polymer ein kationisches Amidon ist, das einen Substitutionsgrad aufweist, der zwischen etwa 0,1 und 0,05 liegt und vorzugsweise zwischen etwa 0,02 und 0,04.
Verfahren zur Papierherstellung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mineralischen Füllstoffe ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Kaolin, Ton, Kreide, Calciumcarbonat, Titanoxid, Siliziumoxid und deren Gemischen.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der pH-Wert des Ganzstoffs zwischen 5 und 9 gehalten wird.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge an Feststoffen in dem Retentionssystem bei 0,02 bis 50 Gew.-% liegt, bezogen auf das Gewicht des Ganzstoffs.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewichtsverhältnis von kationisches Polymer/ausgefälltes Silizumoxid zwischen 1 und 10 liegen muss und vorzugsweise dieses Verhältnis zwischen 2 und 6 liegt, wobei dieses vom Substitutionsgrad des ausgefällten Siliziumoxids und des kationischen Polymers abhängt.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Retentionssystem auf Grundlage des ausgefällten Siliziumoxids und des kationischen Polymers in situ in der Papiermasse gebildet wird.
Verfahren zur Papierherstellung gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die in situ-Bildung des Retentionssystems durch die Zugabe des kationischen Polymers in Form einer wässrigen Lösung zu einem ersten Zeitpunkt und die Zugabe der wässrigen Lösung des ausgefällten Siliziumoxids zur Papiermasse zu einem zweiten Zeitpunkt in einem Mischgefäß oder an einem Ort in der Vorrichtung, an dem eine angemessene Bewegung vorliegt, erfolgt.
Papier das aus einem Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche erhalten werden kann.
Verwendung des Papiers gemäß Anspruch 12 als laminiertes Papier, Durchschreibpapier oder Packpapier.
Verwendung des Papiers gemäß Anspruch 13 als Durchschreibpapier.